Menguasai Mikrokontroler: Struktur, Fungsionalitas, dan Aplikasi Praktis

Mikrokontroler pada papan

Sumber: Wikimedia Commons

Sebelum Anda menyelami dunia elektronik terpadu, Anda perlu memahami apa yang diperlukan. Misalnya, bidang ini melibatkan menulis kode Anda. Dan hampir tidak mungkin untuk melakukan ini jika Anda tidak memahami dasar-dasar mikrokontroler, bahasa pemrograman yang digunakan, atau konsep pemrograman dasarnya. Atau Anda akan bingung tentang di mana memulai dan kewalahan juga.

Tetapi, ada berita baik:

Artikel ini akan mempelajari hal-hal dasar yang Anda butuhkan untuk memulai dengan elektronik terpadu. Kami akan membahas apa itu, cara kerja mikrokontroler, struktur dasar, dan lebih banyak.

Mari kita mulai!

Apa Itu Mikrokontroler?

Mikrokontroler

Sumber: Wikimedia Commons

Sebelum mendefinisikan mikrokontroler, penting untuk dicatat bahwa ia berbeda dari mikroprosesor (yang akan kita bahas nanti dalam artikel).

Itu dikatakan, mikrokontroler adalah IC skala integrasi yang sangat besar. Dan ia terdiri dari port I/O, unit logika, memori, unit komputasi elektronik, dan modul lain yang digabungkan pada satu chip. Anda juga dapat merujuk pada perangkat ini sebagai Single-Chip-Computer.

Selain itu, mikrokontroler juga adalah Embedded Controller. Dan itu karena perangkat bersama dengan sirkuit pendukung masuk ke dalam perangkat yang dikendalikan.

Anda dapat menemukan mikrokontroler dalam banyak perangkat atau aplikasi yang menampilkan data, mengukur, mengontrol, menyimpan, atau menghitung. Menariknya, Industri Otomobil mendaftar sebagai pengguna mikrokontroler terbesar. Bagaimana tidak, kendaraan membutuhkan perangkat untuk kontrol mesin dan mengatur sistem lainnya.

Area lain tempat mikrokontroler umum adalah dalam elektronik konsumen. Jadi, Anda dapat menemukan mikrokontroler dalam oven, kamera digital, pemutar DVD, dll. Peralatan pengujian dan pengukuran juga menggunakan mikrokontroler, misalnya, generator fungsi, multimeter, dll.

Dasar-dasar Mikrokontroler– Bagaimana Cara Kerja Mikrokontroler?

Secara tipikal, mikrokontroler menjalankan program tertentu dan menepi satu tugas. Jadi, mereka bekerja dengan menerima input dari perangkat yang dikendalikan. Akibatnya, ini membantu mikrokontroler mempertahankan kontrol. Dan ia melakukan ini dengan mengirim sinyal ke berbagai bagian perangkat.

Misalnya, mikrokontroler TV bekerja dengan menerima input dari pengendali jarak jauh. Lalu, ia menyampaikan output pada layar TV.

Jenis Mikrokontroler

Kami memiliki berbagai mikrokontroler berdasarkan kategori berikut: instruction sets, memori, dan bit.

Instruction Sets

Ada dua kategori mikrokontroler berdasarkan konfigurasi instruction set:

RISC

Singkatan ini berarti Reduced Instruction Set Computers. Ia melakukan ini dengan mengurangi siklus jam untuk setiap instruksi. Dan itu membantu untuk mengurangi waktu kerja.

CISC

Singkatan ini mewakili Complex Instruction Set Computer. Dan itu mengizinkan pengguna untuk menetapkan satu instruksi sebagai opsi untuk berbagai perintah sederhana.

Memori

Kartu Memori (RAM)

Sumber: Wikimedia Commons

Dalam kategori konfigurasi memori, ada dua jenis mikrokontroler:

Embedded Memory Microcontroller

Tipe mikrokontroler ini biasanya memiliki begitu banyak komponen pada chip seperti timer dan counter, port I/O, data memori, interrupts, dll. Contoh mikrokontroler memori terintegrasi adalah Intel 8051.

External Memory Microcontroller

Desain tipe mikrokontroler ini tidak memiliki program memori pada chipnya. Contoh yang baik dari mikrokontroler memori eksternal adalah Intel 8031.

Bit

Ada tiga jenis mikrokontroler dalam kategori konfigurasi bit:

32-Bit Microcontroller

Anda dapat menemukan mikrokontroler 32-bit dalam perangkat yang menggunakan kontrol otomatis seperti peralatan medis, dll.

16-Bit Microcontroller

Mikrokontroler 16-bit berguna untuk aplikasi kinerja dan akurasi tinggi. Jadi, Anda dapat menggunakan mikrokontroler ini untuk melakukan operasi logika dan aritmatika. Contoh yang baik dari mikrokontroler ini adalah Intel 8096.

8-Bit Microcontroller

Mikrokontroler 8-bit adalah terendah dalam kategori ini. Dan Anda dapat menggunakannya untuk melakukan tugas sederhana seperti menjalankan operasi logika dan aritmatika seperti pembagian, pengurangan, dll. Juga, contoh dari mikrokontroler ini adalah Intel 8051 dan 8031.

Struktur Dasar Mikrokontroler

Mikrokontroler memiliki tiga komponen dasar: port I/O, memori, dan Central Processing Unit.

Komponen lain dari perangkat ini juga penting. Namun yang disebutkan di atas adalah perangkat pendukung. Jadi, kita akan meninjau lebih dekat komponen utama dari mikrokontroler berdasarkan struktur.

Dasar-dasar Mikrokontroler– Memori

Secara tipikal, sebagian besar sistem komputasi membutuhkan dua jenis memori: Data dan Program memori. Data memori membantu untuk menyimpan informasi sementara saat menjalankan instruksi. Tetapi Program memori terdiri dari program. Artinya, ia berisi instruksi yang akan dilakukan oleh CPU.

Bus

System Bus adalah salah satu komponen yang paling sedikit dibahas. Namun, ia adalah bagian vital dari mikrokontroler.

Ia merujuk pada sekumpulan kabel penghubung yang menghubungkan CPU ke periferal lain seperti port I/O dan komponen pendukung lainnya.

Dasar-dasar Mikrokontroler– CPU

CPU adalah seperti otak mikrokontroler. Dan ia memiliki dua bagian: CU (Control Unit) dan ALU (Arithmetic Logic Unit).

Jadi, CPU bertanggung jawab untuk mendekode, membaca, dan melakukan instruksi untuk mengeksekusi transfer Data, Logika, dan Aritmatika.

Interrupts

Interrupts adalah komponen penting lainnya dari mikrokontroler. Dan ia memiliki Interrupt Handling Mechanism. Juga, komponen ini dapat berhubungan dengan perangkat lunak, eksternal, perangkat keras, atau internal.

Dasar-dasar Mikrokontroler– I/O Ports

I/O merujuk pada port Input/Output. Komponen ini menawarkan mikrokontroler antarmuka ke koneksi eksternal. Misalnya, perangkat input seperti keypad, saklar, dll., memberikan informasi dari pengguna ke CPU. Dan ia melakukan ini dalam bentuk Data Biner.

Jadi, saat CPU menerima informasi dari perangkat input, ia melakukan instruksi yang sesuai. Lalu, ia merespons melalui perangkat output seperti printer, layar, LED, dll.

Serial Port

Komponen ini membantu mikrokontroler berinteraksi melalui komunikasi serial. Mikrokontroler hanya dapat berkomunikasi dengan periferal dan perangkat eksternal lainnya melalui serial port. Dan UART adalah komunikasi serial paling umum dari mikrokontroler.

DAC

Singkatan ini berarti Digital to Analog Converter. Dan ini adalah rangkaian yang mengubah sinyal Digital menjadi sinyal Analog. Juga, komponen ini menghubungkan CPU mikrokontroler dan perangkat analog (eksternal).

ADC

Singkatan ADC berarti Analog to Digital converter. Dan ini adalah kebalikan dari DAC. Artinya, rangkaian ini membantu mengubah sinyal Analog menjadi sinyal Digital. Juga, rangkaian ini menciptakan koneksi antara perangkat Input Analog eksternal dan CPU mikrokontroler.

Selanjutnya, penting untuk dicatat bahwa perangkat analog sebagian besar adalah sensor. Oleh karena itu, agar CPU dapat memahami komunikasi, data analog harus berubah menjadi digital.

Dasar-dasar Mikrokontroler–Counters/Timers

Counter dan timer adalah komponen vital dari mikrokontroler. Dan mereka bertanggung jawab untuk menyediakan operasi menghitung peristiwa eksternal dan penundaan waktu. Juga, komponen ini menyediakan Clock Control, Function Generation, dll.

Configuration Bits

Mikrokontroler biasanya memiliki bit unik. Dan itu adalah Configuration bits. Komponen ini membantu untuk memstruktur opsi khusus mikrokontroler, yang termasuk (tetapi tidak terbatas pada):

• Low Voltage Programming On/Off
• Power Up Timer On/Off
• Internal/External switchover On/Off
• Oscillator Type
• Fail-Safe Clock Monitor On/Off
• Brown Out Reset On/Off
• Watchdog Timer On/Off

Juga, pada mikrokontroler PIC, Anda akan memperhatikan configuration bits. Dan itu bertanggung jawab untuk perlindungan kode data dan perlindungan kode program.

Itu adalah, configuration bits mencegah perangkat pemrograman eksternal dari membaca ruang program dan data Anda. Oleh karena itu, akan sulit bagi orang lain untuk mencuri kode Anda.

Perbandingan Antara Mikroprosesor dan Mikrokontroler

Mikroprosesor

Sumber: Wikimedia Commons

Mikrokontroler

Sumber: Wikimedia Commons

Mikrokontroler adalah komputer yang terdiri dari timer, ROM, dan periferal lainnya. Oleh karena itu, Anda dapat menyebutnya mini-komputer. Plus, mereka hadir dalam versi yang berbeda. Tetapi mikroprosesor adalah rangkaian terpadu. Dan mereka memiliki daya pemrosesan dengan hanya CPU di dalamnya.

Berikut adalah tabel yang menunjukkan perbedaan mereka:

Keuntungan

• Karena ia menulis dan menyimpan instruksi dalam memori, mikrokontroler tidak memerlukan sistem operasi yang kompleks.
• Chip tidak memerlukan antarmuka eksternal untuk komponen utama seperti port I/O.
• Anda dapat memrogram port I/O.
• Menempatkan semua komponen vital mengurangi luas produk, biaya, dan waktu desain.

Kerugian

• Ia tidak memiliki sistem operasi. Oleh karena itu, Anda harus menulis semua perintah.
• Memori mikrokontroler (tergantung pada jumlah) dapat membatasi instruksi yang dapat dilakukan oleh perangkat.

Penutup

Secara ringkas, dasar-dasar mikrokontroler menjelaskan kekuatan mikrokomputer single-chip. Selanjutnya, ia terdiri dari beberapa periferal yang membentuk struktur perangkat seperti memori, CPU, port I/O, rangkaian osilator, dll. Juga, produsen membangun mikrokontroler ke dalam perangkat yang mereka kendalikan.

Dan setiap periferal memainkan peran vital yang berkontribusi pada fungsi mikrokontroler. Apa pendapat Anda tentang mikrokontroler? Apakah Anda membutuhkan bantuan untuk mendapatkan yang terbaik untuk proyek Anda? Silakan jangan ragu untuk menghubungi kami.